管路阻力实验报告

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1、实验三 管路阻力的测定一、实验目的1.学习管路阻力损失hf.管子摩擦系数及管件、阀门的局部阻力系数的测定方法.并通过实验了解它们的变化.巩固对流体阻力基本理论的认识；2.测定直管摩擦系数与雷诺数Re的关系；3.测定管件、阀门的局部阻力系数。二、基本原理流体在管路中流动时.由于粘性剪应力和涡流的存在.不可避免地会产生流体阻力损失。流体在流动时的阻力有直管摩擦阻力沿程阻力和局部阻力流体流经管体、阀门、流量计等所造成的压力损失。1.Re关系的测定：流体流经直管时的阻力损失可用下式计算： L直管长度.m；d直管内径.m； u流体的流速.m/s；摩擦系数.无因次。已知摩擦系数是雷诺数与管子的相对粗糙度/

2、d的函数.即Re,/d。为了测定Re关系.可对一段已知其长度、管径及相对粗糙度的直管.在一定流速也就是Re一定下测出阻力损失.然后按下式求出摩擦系数： J/kg其中.为截面1与2间的压力差.Pa；流体的密度.kg/m3。用U形管压差计测出两截面的压力.用温度计测水温.并查出其、值.即可算出hf.并进而算出。由管路上的流量计可知当时的流速.从而可计算出此时的Re数；得到一个Re对应关系.改变不同的流速.有不同的Re及.可得某相对粗糙度的管子的一组Re关系。以为纵坐标.Re为横坐标.在双对数坐标纸上作出Re曲线.与教材中相应曲线对比。2.局部阻力系数的测定流体流经阀门、管件如弯头、三通、突然扩大或

3、缩小时所引起的阻力损失可用下式计算： J/kg式中即为局部阻力系数。只要测出流体经过管件时的阻力损失hf以及流体在相同直径的导管中的流速u.即可算出阻力系数。三、实验装置和流程本实验装置主要设备有水箱和离心泵.离心泵1从水槽15吸入水.经调节阀3送到管路阻力测量系统。经直管的压口10、弯头11、涡轮测量计13后送回水槽15。测定管子摩擦系数和阀件阻力系数时.打开离心泵进口阀2、出口阀3.直管阻力损失和弯头阻力损失用U形压差计测定其压差.指示液为水。管内水的流量由涡轮流量计测定。用调节阀3可以改变流体通过管内的流速.从而计算出不同流动状态下的摩擦系数和弯头阻力系数。1-离心泵 2-泵进口阀 3泵

4、出口阀 4-真空表 5-压力表 6-转速表 7转速传感器 8-冷却风扇 9-加水旋塞10-测压法兰 11-弯头 12-流量显示表 13-透明涡轮流量变送器 14-计量槽 15-水槽16-马达天平测功机四、操作步骤1.熟悉流程及使用的仪表；2.实验前将水槽充满水.以后水可循环使用。3.启动离心泵.使用离心泵时注意：1离心泵在启动前要灌水排气；2离心泵要在出口阀关闭的情况下启动；3关闭前要先关出口阀。4.排气：为了减少实验误差.实验前应进行排气。1管路排气；2测压导管排气；5.调节流量测取数据。调节时可在流量变化的整个幅度内取810个读数。每调一次流量后.应等稳定后同时读取各测定点的数据。6.局部

5、阻力的测定步聚与直管阻力相同.记录68组数据即可。7.测定完毕.关闭出口阀.然后拉开电闸.停泵。本实验的主要误差是压差计的读数.故每个点要多读几次数据.取其平均值。五、实验结果以及数据处理直管阻力数据表序号涡轮流量计示值L/s流量Qm3/s流速直管压力mmH2OhJ/KgRe左右R14.190.004193.1984733143.4733.3589.95.781020.0255987148869.323.90.00392.9770992165.2678.1512.95.026420.0256904138565.733.660.003662.7938931177.2631.3454.14.450

6、180.0258259130038.543.360.003362.5648855190.3573.4383.13.754380.0258524119379.653.070.003072.3435115197.8523.4325.63.190880.026319310907662.740.002742.0916031201.5470.6269.12.637180.027307397351.2572.40.00241.8320611207.5418.2210.72.064860.027868285271.1782.120.002121.6183206208.8376.4167.61.642480.

7、028409975322.8791.720.001721.3129771211326.6115.61.132880.029769261111.01101.230.001230.9389313212.5273.861.30.600740.030868643701.48图1 Re双对数图计算范例：涡轮流量计显示值0.001=流量 4.190.001=0.00419m3/s流量面积=流速 0.004193.142=3.198473 J/kg589.90.001/996.7=5.78102J/Kg5.781020.040821.83.1984732=0.0255987Re=du/0.0408m3.19

8、8473996.70.8737=148869.3管件阻力数据表序号涡轮流量计示值L/s流量Qm3/s流速管件压力mmH2OhJ/KgRe左右R14.190.004193.1984733233.5738504.54.94410.966567148869.323.90.00392.9770992243.5704.2460.74.514861.018797138565.733.660.003662.7938931272.2649.5377.33.697540.947378130038.543.360.003362.5648855284.2600.8316.63.102680.943259119379

9、.653.070.003072.3435115293.5558.7265.22.598960.94644510907662.740.002742.0916031298.2513.22152.1070.96324397351.2572.40.00241.8320611303.5470.1166.61.632680.97286285271.1782.120.002121.6183206305436.2131.21.285760.98188575322.8791.720.001721.3129771308.5398.189.60.878081.01870861111.01101.230.001230

10、.9389313309356.547.50.46551.05604443701.48图2 管件阻力图计算范例：涡轮流量计显示值0.001=流量 4.190.001=0.00419m3/s流量面积=流速 0.004193.142=3.198473 J/kg589.90.001996.7=5.78102J/KgRe=lu/1.8m3.198473996.70.8737=148869.3=2hf/u2 25.781023.1984732=0.966567讨论与分析：1.从图1上所绘的图线可得随着lnRe的增大.ln随之减少。对于本实验的讨论.从以及Re=lu/来验证.得到管路中的流动情况并不是呈现为

11、层流状态。从实验数据Re中可以得知.同时.图线也证实这一结论.假如流体的流动状态是层流.那么=64/Re 那么取对数后的就会是 ln=-lnRe +Ln64 在图线呈现的图线为直线.而图上的线段为高次的曲线.从而驳斥了层流的假设.一次流体的流动情况为非层流的论点得以证实。与此同时.从粗糙管紊流区的经验公式可以推断.本实验的流体流动情况也不是粗糙管紊流.因为在这种情况下.雷洛数Re与没有联系.图线会呈现为水平线.而从图线可知雷洛数Re与存在联系.从而观点得证。并且从无缝钢管的相对粗糙度为0.040.17以及Re的数量级可以确定为非粗糙湍流区。2.对于图2.我们可以从实验中得到的图线为一段水平线.

12、也就是随着lnRe的变化ln的变化极不明显.在考虑到有实验误差的情况下.我们可以进一步得出.管件阻力与雷洛系数Re不存在必然的联系。而在本次实验当中阻力系数的值都比较接近于1.这可能跟管件材料很有关系。3.综上所述.直管管路的阻力与雷洛数Re.可能有关也可能无关.要对Re进行分类讨论.而本次实验得出的数据就在Re与存在联系的区间内。而同时.实验可得出管件阻力与雷洛数Re不存在联系.而跟它本身的材料有关系。所以.在设计管路的时候.我们因该考虑到这几个参考数的决定因素.从而更加合理地进行设计。思考题：1. 测压孔的大小和位置.测压导管的粗细和长短对实验无影响.为什么？答：因为孔板式测压计的的测量原

13、理只涉及到流量的密度、液柱差、孔板的面积.以及管道内径.与测压孔的大小和位置.测压导管的粗细和长短无关.公式Q=C0A0中可以看出与题目的量无。2. 将实验曲线与教材上相应曲线比较。分析其误差及误差产生的原因。Re双对数图Re莫迪图分析： 从总体趋势上讲.曲线都有下降的趋势.并且随着趋势的下降曲线渐渐趋于平缓。成因是由于随着雷洛数的增大流动.管内的流动情况就转变为粗糙管的湍流.即雷洛数与直管阻力无关.所以两个图像在尾端都成趋于平缓的势头。而两图在前端的趋势有所区别.莫迪图的在前端随着雷洛数的减少.越接近层流.就越接近直线而且斜率为 64/Re .但是双对数图是因为雷洛数越少.就越接近 hf=方程.即 入=64/Re, 取了对数后.就越接近水平线.所以比起莫迪图.双对数图在前端成较平缓的走势。5 / 5